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窒化物半導体の電子状態・光学特性の理論解析とデバイス構造提案

公募研究

研究領域窒化物光半導体のフロンティア-材料潜在能力の極限発現-
研究課題/領域番号 21016006
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関金沢工業大学

研究代表者

山口 敦史  金沢工業大学, ものづくり研究所, 教授 (60449428)

研究分担者 小島 一信  京都大学, 工学研究科, 助教 (30534250)
研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
6,600千円 (直接経費: 6,600千円)
2010年度: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
2009年度: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
キーワード窒化物半導体 / 偏光特性 / 価電子帯 / 深紫外LED / 緑色レーザ / 半導体レーザ / InGaN / AlGaN
研究概要

窒化物半導体は、AlN、GaN、InNおよびこれらの混晶を用いることにより、原理的には深紫外光から赤外光までの幅広い波長の光を発する素子を作製することが可能である。しかしながら、実際の素子開発においては、近紫外~緑青色以外の領域で実用レベルの特性をもつレーザーダイオード(LD)が実現されていない。この問題は結晶成長に起因する部分が大きいと考えられるが、デバイス構造設計によって飛躍的な進歩が得られる可能性も大いにある。我々は、深紫外(AlGaN系)、緑~黄色(In組成が比較的小さいInGaN系)、赤外(In組成が大きいInGaN系)の3つの領域の各々について、活性層の構造設計により電子状態を制御し、偏光特性や光学利得特性を素子に最も適した状態にすることを目的とし、理論研究を遂行している。AlGaN系については、c面上および無極性面上のLDに関して、活性層の電子状態のより深い理解により光学利得を最大化するための構造設計指針を明らかにした。また、InGaN系については、素子構造設計をする上で重要な材料パラメータが未だ正確に決定されていないという事情があるので、まずは材料パラメータに敏感である偏光特性の実験結果から材料パラメータの情報を引き出し、光学特性予測にまで展開する理論的アプローチを構築した。また、AO2班の上殿グループとの連携により、最も重要な材料パラメータである変形ポテンシャルに関して第一原理計算による理論計算を行い、広く用いられている擬立方晶近似の妥当性等に関して物理的な考察を行った。

報告書

(2件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2011 2010 2009

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (20件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] A simple theoretical approach to analyze polarization properties in semipolar and nonpolar InGaN quantum wells2011

    • 著者名/発表者名
      A.A.Yamaguchi, K.Kojima
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 98 ページ: 101905-101905

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] 窒化物半導体LEDの偏光特性2011

    • 著者名/発表者名
      山口敦史
    • 雑誌名

      月刊ディスプレイ

      巻: 17-5 ページ: 43-49

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] Gain Anisotropy Analysis in Green Semipolar InGaN Quantum Wells with Inhomogeneous Broadening2010

    • 著者名/発表者名
      K.Kojima, A.A.Yamaguchi, M.Funato, Y.Kawakami, S.Noda
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 49 ページ: 81001-81001

    • NAID

      40017253764

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 非極性InGaN量子井戸における偏光特性の既報告実験データの統一的解釈2010

    • 著者名/発表者名
      山口敦史、小島一信
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: 110-271 ページ: 29-32

    • NAID

      110008152398

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] Theoretical Investigation of Polarization Properties in Al-rich AlGaN Quantum Wells with Various Substrate Orientations2010

    • 著者名/発表者名
      A.Atsushi Yamaguchi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 96

      ページ: 151911-151911

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] All deformation potentials in GaN determined by reflectance spectroscopy under uniaxial stress : Definite breakdown of the quasi-cubic approximation2010

    • 著者名/発表者名
      R.Ishii, A.Kaneta, M.Funato, Y.Kawakami, A.A.Yamaguchi
    • 雑誌名

      Physical Review B 81

      ページ: 155202-155202

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polarization Properties in Deep-Ultraviolet AlGaN Quantum Wells with Various Substrate Orientations2010

    • 著者名/発表者名
      A.Atsushi Yamaguchi
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi(b) (未定(採択済))

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 非極性面窒化物半導体の光学特性に関する理論的検討2011

    • 著者名/発表者名
      小島一信, 山口敦史, 船戸充, 川上養一, 野田進
    • 学会等名
      第3回窒化物半導体結晶成長講演会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県春日市)(招待講演 予定)
    • 年月日
      2011-06-17
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] A new simple theoretical approach to analyze optical polarization properties in semipolar and nonpolar InGaN quantum wells2011

    • 著者名/発表者名
      A.A.Yamaguchi, K.Kojima
    • 学会等名
      5th Asia-Pacific Workshop on Widegap Semiconductors (APWS-2011)
    • 発表場所
      鳥羽国際ホテル(三重県鳥羽市)(招待講演 予定)
    • 年月日
      2011-05-25
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 非極性InGaN量子井戸における偏光特性の既報告実験データの統一的解釈2010

    • 著者名/発表者名
      山口敦史、小島一信
    • 学会等名
      電子情報通信学会レーザ・量子エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪市)
    • 年月日
      2010-11-11
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 非極性InGaN量子井戸における偏光特性の既報告実験データの統一的解釈2010

    • 著者名/発表者名
      山口敦史、小島一信
    • 学会等名
      東北大学多元物質科学研究所窒化物ナノ・エレクトロニクス材料研究センター講演会「GaN系プラネットコンシャスデバイス・材料の現状」
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2010-11-04
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Impact of Nonpolar Plane for Deep Ultraviolet Laser Diodes Based on AlGaN/AlN Quantum Wells2010

    • 著者名/発表者名
      K.Kojima, A.A.Yamaguchi, M.Funato, Y.Kawakami, S.Noda
    • 学会等名
      The 22nd IEEE International Semiconductor Laser Conference (ISLC 2010)
    • 発表場所
      ANAホテル(京都市)
    • 年月日
      2010-09-26
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] A Comprehensive Understanding of Previously-Reported Polarization Properties in Nonpolar and Semipolar InGaN Quantum Wells2010

    • 著者名/発表者名
      A.A.Yamaguchi, K.Kojima
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride semiconductors (IWN2010)
    • 発表場所
      タンパ(米国)
    • 年月日
      2010-09-19
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Influence of inhomogeneous broadening for gain polarization switching in green semipolar InGaN quantum wells2010

    • 著者名/発表者名
      K.Kojima, A.A.Yamaguchi, M.Funato, Y.Kawakami, S.Noda
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride semiconductors (IWN2010)
    • 発表場所
      タンパ(米国)
    • 年月日
      2010-09-19
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Intrinsic Origin of the Breakdown of Quasi-Cubic Approximation in Nitride Semiconductors2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Ebihara, K.Shiraishi, A.A.Yamaguchi
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride semiconductors (IWN2010)
    • 発表場所
      タンパ(米国)
    • 年月日
      2010-09-19
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 非極性InGaN量子井戸における偏光特性の既報告実験データの統一的解釈2010

    • 著者名/発表者名
      山口敦史、小島一信
    • 学会等名
      応用物理学会(2010年秋季)
    • 発表場所
      長崎大学(長崎市)
    • 年月日
      2010-09-14
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 無極性AlGaN/AlN量子井戸の光学特性に関する理論検討2010

    • 著者名/発表者名
      小島一信, 山口敦史, 船戸充, 川上養一, 野田進
    • 学会等名
      応用物理学会(2010年秋季)
    • 発表場所
      長崎大学(長崎市)
    • 年月日
      2010-09-14
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 擬立方晶近似の妥当性についての理論的考察2010

    • 著者名/発表者名
      海老原康裕、白石賢二、山口敦史
    • 学会等名
      応用物理学会(2010年秋季)
    • 発表場所
      長崎大学(長崎市)
    • 年月日
      2010-09-14
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical Studies on Deformation Potentials of Strained Nitride Semiconductor Films2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Ebihara, K.Shiraishi, A.A.Yamaguchi
    • 学会等名
      4th AEARU Advanced Materials Science Workshop on Artificial and Self-Organized Nanostructure Sciences and Nano-Technologies for the Sustainable World
    • 発表場所
      筑波大学(つくば市)
    • 年月日
      2010-08-29
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Breakdown of the quasicubic approximation in GaN and InN-A Theoretical Approach-2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Ebihara, K.Shiraishi, A.A.Yamaguchi
    • 学会等名
      The 29th Electronic Material Symposium (EMS・29)
    • 発表場所
      ラフォーレ修善寺(静岡県伊豆市)
    • 年月日
      2010-07-14
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 非極性InGaN量子井戸における偏光特性(擬立方晶近似が成立しない場合)2010

    • 著者名/発表者名
      山口敦史、小島一信
    • 学会等名
      2010年春期 第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県)
    • 年月日
      2010-03-18
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 非極性面InGaN量子井戸における不均一広がりと偏光の関係2010

    • 著者名/発表者名
      小島一信、山口敦史、船戸充、川上養一、野田進
    • 学会等名
      2010年春期 第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県)
    • 年月日
      2010-03-18
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 窒化物半導体のバンド構造の歪み依存性の理論的研究2010

    • 著者名/発表者名
      海老原康裕, 白石賢二, 山口敦史
    • 学会等名
      2010年春期 第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県)
    • 年月日
      2010-03-18
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical Investigation on Polarization Control of Deep-Ultraviolet AlGaN Quantum-Well Emission2009

    • 著者名/発表者名
      山口敦史
    • 学会等名
      2009 MRS fall meeting
    • 発表場所
      ボストン(米国)
    • 年月日
      2009-12-03
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Polarization Properties in Deep-Ultraviolet AlGaN Quantum Wells with Various Substrate Orientations2009

    • 著者名/発表者名
      山口敦史
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Nitride Semiconductors(ICNS-8)
    • 発表場所
      チェジュ(韓国)
    • 年月日
      2009-10-20
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 深紫外AlN/AlGaN量子井戸の偏光特性の理論解析2009

    • 著者名/発表者名
      山口敦史
    • 学会等名
      2009年秋期 第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山大学(富山県)
    • 年月日
      2009-09-10
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical Investigation on Polarization Control of Deep-Ultraviolet AlGaN Quantum-Well Emission2009

    • 著者名/発表者名
      山口敦史
    • 学会等名
      2009 Asian Core Workshop on Wide Band Gap Semiconductors
    • 発表場所
      大観荘 松島(宮城県)
    • 年月日
      2009-09-04
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [産業財産権] 半導体発光素子2009

    • 発明者名
      山口敦史
    • 権利者名
      金沢工業大学
    • 産業財産権番号
      2009-201593
    • 出願年月日
      2009-09-01
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2018-03-28  

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